俊富环境喷播技术在甘肃省石灰石矿山生态修复中的应有

俊富环境

使中国山变绿 水变清 荒漠变绿洲

摘要：为解决西沟矿在绿色矿山建设过程中遇到的生态修复难题，2018年8月，俊富环境公司在甘肃省境内西沟矿石灰石矿区小山头治理区采用“土壤活化与抗侵蚀喷播技术”（包括富特拉®等材料）进行了试验工程。根据中钢集团马鞍山矿山研究院公司、金属矿山安全与健康国家重点实验室等研究人员当时所记录的数据，经过近3个月的管护，碎石裸露的试验区实现了植被100%覆盖。研究人员认为，西沟矿的试验为当地实现绿色矿山建设生态修复技术的推广提供了参考和依据；对探索我国高海拔、高寒地区矿山生态修复，具有重要的意义与示范作用。

绿色矿山是一种新型的矿山开采模式，它融合了矿产资源开采的经济理念和生态文明理念，化解了矿产资源开采与环境保护间的矛盾。建设及发展绿色矿山已成为我国矿业发展的必然选择，也是新时代生态文明建设和矿业发展的抓手。

我国幅员辽阔，矿产资源丰富，水泥灰岩矿分布广泛。自然地理条件的不同导致露天水泥灰岩绿色矿山建设中的生态修复技术手段不同。一般自然地理环境条件下，常用的治理方法有自然复绿、露天边坡平整绿化及台阶绿化、客土喷播绿化。然而特殊的地理气候条件，明显地限制着绿色矿山创建中矿山地质环境保护与生态保护工程的规划设计。因此，解决高海拔、高寒冷地区矿山生态修复的技术难题具有十分重要的理论和实践意义。

1 西沟矿矿山概况

西沟矿地处河西走廊南缘的祁连山之北麓，矿区位于嘉峪关市244°方位约42 km处，行政区划隶属甘肃省张掖市肃南裕固族自治县祁丰区管辖。西沟矿始建于1966年，1971年投产，矿山经技改扩建，设计生产规模为500万t /a石灰石矿，于2015年达产并通过验收。该矿是一座大型石灰石露天矿山，主要从事石灰石矿石开采。

西沟矿积极响应原国土资源部等六部委《关于加快建设绿色矿山的实施意见》（国土资规〔2017〕4号）和《甘肃省绿色矿山建设工作方案》（甘国土资发〔2017〕228号）要求，在自然资源部发布了非金属矿行业等9项行业绿色矿山建设规范后，企业严格按照行业规范，查漏补缺，完成了矿山绿色建设现状调查，并梳理了存在问题，制定了绿色矿山建设目标、绿色矿山建设任务和重点工程。

2 西沟矿绿色矿山建设生态修复难题

西沟矿地处甘肃省嘉峪关市西南45 km处的祁连山北麓、甘肃祁连山国家级自然保护区外围保护地带内，平均海拔2800 m，工业场地和采场分布于海拔1900～3500 m，属于高寒山区、高寒山地半干旱气候。区内山顶部位植被不发育，山体缓坡地带植被较发育，沟谷中有稀疏植被分布，区内无耕地。

矿区及附近属荒漠型基岩山地区，土壤主要以荒漠土为主，土层厚度一般小于0.5 m，含砾石多，表层有5～15 cm的草皮层和少量腐殖层，土壤呈灰褐色，呈粒状和团粒结构，腐殖酸含量2%～5%，土质疏松，缺少水分，土壤发育程度差，区域水资源匮乏。矿区内在植被类型上处于草原带向荒漠草原过渡带上，植被群落主要以耐旱植物为建群种和优势组成，尤其以芨芨草、醉马草为主要植被类型做组成的植物群落面积较大，而火绒草、金露梅、杜鹃、山生柳、锦鸡儿所组成的植物群落面积较小。植被组成单一，群落结构简单，植物盖度在 44%～73% 。

特殊的区域自然地理条件导致西沟矿在生态修复工程中存在的问题主要有以下几点：

（1）区域土源极度匮乏，土层薄，有机质含量极低，且水资源匮乏，生态修复困难。

（2）坡体上有较多大型碎石，施工难度大，危险性较高。

（3）工程点地处西北干旱区，海拔高，气候条件差，植被类型的选择需要严格筛选。

（4）坡面保水保肥能力差，存在雨水侵蚀。

（5）坡面碎石层较厚，水分渗透快，长根系植物无法良好生长。

3 西沟矿绿色矿山建设面临的生态修复对策

西沟矿已开采近50年，前期开采造成的矿山生态保护欠账较多，主要集中在小山头露天采坑、采场靠帮边坡、人工切坡、废石渣边坡等一系列矿山地质环境问题。

西沟矿在绿色矿山建设方案编制中，面临着矿山在生态修复方面存在的难题，针对该矿特有地理位置和气候条件，从国土空间优化，开展生态修复技术试验研究。

3.1 生态修复技术的选择

目前，常见的矿山生态修复技术主要有覆土复绿和客土喷播技术，其适用条件各有不同。

覆土绿方法适用于坡度小于30°的边坡的情况，而客土喷播技术可适用于高陡岩质边坡的环境条件。但西沟矿的环境条件比较特殊，一般矿山生态修复技术无法满足生态修复要求，必须引进新的技术方案。

针对西沟矿高寒高海拔的特殊地理气候条件，经过现场调研、前沿技术咨询和多次讨论后，决定通过科技创新，引进新技术、新材料进行矿山生态修复。方案确定采用俊富环境公司的“土壤活化与抗侵蚀喷播技术”进行生态修复与绿色防护建设。

“土壤活化与抗侵蚀喷播技术”包括富特拉®纤维喷播材料，是俊富环境从国外引进和改良的新技术，可适用于高海拔低温地区，在国内外的矿山、公路等边坡生态修复方面取得显著成效，防止水土流失率、抗侵蚀率达99%以上，还可形成保温层，降低低温冻害，施工基本不受雨天影响。该项技术与传统覆土复绿技术的对比见下表1。

表 1 生态技术对比

3.2试验区选择

根据绿色矿山建设任务和进度计划，为了更好的推广该项技术，首先开展了试验区试点研究。试验区选择了西沟矿前期开采形成的露天坑——小山头治理区。该区为矿山早期开采熔剂灰岩所形成的露天开采区，现已停用。地表主要分布有废弃的构筑物、堆弃的废旧钢材、道路，坡面高约150 m，坡面面积约6000㎡，坡面较陡无分级，坡面遍布较大碎石块，碎石层较厚，无土壤填充，孔隙较大（见下图1）。

图 1 小山头生态修复前照片

3.3 试验区施工工艺流程

（1）清坡。清坡前对试验区范围进行放线，然后将坡面上的碎石、浮土等影响工程施工的杂物清除，对低洼部分填充，清理后的边坡应平整均匀，上下坡度基本一致，坡顶过渡圆滑无棱角，坡底与台面界限清晰，呈几何角度过渡。坡面清理平整后，用改良过的植生土对坡面进行全面覆盖，构建底层基础。

（2）类壤土喷播和覆土。将土壤、植物纤维、复合肥、黏合剂、保水剂等混合材料经过专门的机械搅拌后喷附在坡面上，厚度为8～10 cm。针对平台施工面进行覆土，将土壤、植物纤维、复合肥、黏合剂、保水剂等混合材料经过人工或机械覆盖到坡面上，覆盖厚度为20 cm。

（3）抗侵蚀材料喷播。喷播材料主要为富特拉®，该材料是综合土壤生境重建、植被群落重建和抗侵蚀于一体的纤维喷播材料。喷附前应进行喷附压力测试和管口出料量测试。喷附时应严格执行工程设计与施工方案的各项技术指标。种子喷播同纤维喷播同时进行，喷播前对灌木类种子进行催芽处理，用40℃左右热水浸泡24小时以促进其萌发。

（4）覆盖。纤维材料喷播完成后覆盖无纺布，从上到下平整覆盖，坡顶延伸30 cm用土压住，无纺布之间搭接宽度10 cm，并用U型钉进行固定，固定间距100 cm。无纺布应固定牢固，避免被风吹起和掉落。当80%植物幼苗高度生长到5 cm以上时，收起无纺布。

（5）养护。喷附后12小时内完成首次养护水浇灌。浇水时间控制在上午10：00点前，下午5：00以后，初次浇水要浇足，但不得在地表上形成冲蚀；前期养护：植被成坪前和成坪后的一段时间内，加强人工养护，确保植被群落形成；根据植被的生长状况定期进行追肥。前期施足底肥，后期养护每个季度追肥1次，肥料以复合肥为主，撒播或溶于水后喷播。

3.4试验区实施效果

综合各方面因素，确定在小山头西侧的回风平硐边坡进行高海拔、高寒冷地区矿山生态修复技术的试点研究，试点面积1200㎡。试验点于2018年8月17日完成施工并进入养护阶段。由于已进入10月，该区海拔高，温差大，降温早，加之试点完成时间晚，植被均处于幼苗期，完工后进行加盖草帘进行防寒保温养护处理，出苗情况良好。试验点施工中和施工后照片见下图2～图4。

图2 施工现场

通过对小山头试验区实施新材料、新技术进行生态修复，该区前期开采形成的“伤痕”现象基本消失，形成了草本绿色植被带。实现了西沟矿高寒高海拔地区、低温环境下的坡面复绿。完工后数月，试验点植被基本实现全覆盖。

图3 试验点1个月后效果照片

图4 施工后2个月效果照片

3.5注意事项

从试验区的施工过程和初期效果来看，该区试验方案施工选择在8月，区域气温已开始下降，昼夜温差较大，错过了最佳的播种时间（6—7月）。故在同等自然地理条件下，该项技术在最适合播种的季节应用的西藏巨龙煤矿项目效果更为显著。“土壤活化与抗侵蚀喷播技术”在施工过程中，除了严格按照施工工艺和技术要求外，还应注意以下几点：

（1）根据区域自然地理条件，确定较为适宜的播种季节。

（2）在植被配比上，应选择适宜本地区的草灌种子。

（3）坡面情况单一。若是坡面情况存在复杂多变的情况，比如存在不同程度的陡立坡面，则单一的生态修复方式无法满足整体生态修复要求，加之该区面临的缺土干旱等问题，可考虑多种工艺有机结合的方式进行生态修复。综合考虑上述注意事项，对实现高海拔、高寒地区的矿山地质环境生态修复，提供了更为有利的参考，也为“土壤活化与抗侵蚀喷播技术”的大面积推广提供了实践经验。

4 结语

（1）西沟矿通过“土壤活化与抗侵蚀喷播技术”的应用，对小山头试验区进行生态修复，喷播植生的草灌本植物迅速生长，在短期内实现显著的绿化效果。

（2）该项技术通过在类壤土层之上使用富特拉®构建土壤活化和抗侵蚀微孔层，在高寒地区帮助坡面抵抗风蚀、冻融、低温等不良自然条件，有效提高了植被在该地区的成活率和成坪品质。

（3）该项技术克服了高寒高冷西北干旱地区生态环境修复难题，为小山头全面开展生态修复、以及西沟矿矿山靠帮边坡、排土场乃至后期矿山服务期满后的矿区生态修复提供了案例支撑，同时也为类似自然条件下生态修复工程提供了参考。

（4）该项技术为复杂情况下治理区的生态修复，实现多种工艺的有机结合提供了有利的试验基础。

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